Helicòpter monorotor

1991/10/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Garraioak
• Teknologia
• Aeronautika

Els helicòpters normals actuals tenen dos rotors: un gran i centrat, i un altre més petit i situat en l'extrem de la cua. A causa de les avaries del rotor de la cua es produeixen molts accidents en caure els aparells al sòl. El nou model d'helicòpter inventat per McDonnell-Douglas té un únic rotor. Ha llevat la cua i l'ha substituït per un corrent d'aire.

En el nou prototip de McDonnell-Douglas Helicopter Corporation recentment, el pilot circula més tranquil que la resta d'aparells. La cua de l'helicòpter no el preocupa i, a diferència dels helicòpters normals, els passatgers o qualsevol altre perill poden acostar-se a la cua de l'aparell per l'absència de rotor. És més, durant les proves que s'han realitzat, el pilot ha portat intencionadament l'helicòpter al bosc i ha introduït la cua entre els arbres. Amb altres helicòpters aquesta maniobra (pel seu risc) és, clar, una burrada, però amb aquest aparell no hi ha por que sigui.

Helicòpter volant boca avall. Amb els helicòpters habituals, en el món hi ha molt pocs pilots, però amb els helicòpters NOTAR aquesta maniobra no és tan complicada.

En els helicòpters convencionals el rotor de la cua té dues funcions. D'una banda, ha d'equilibrar el moment de torsió creat pel gran rotor. En cas contrari, el gir del rotor principal provocaria que la cabina s'iniciés en sentit contrari. D'altra banda, serveix per a governar la direcció de l'helicòpter. Sense motor de cua, es desplaçaria directament i no tindria cap utilitat pràctica.

En tots els sistemes que s'han inventat per a equilibrar el parell de torsió, només dues han triomfat: els rotors contrarrestantes i els rotors de cua. En el rotor contrarrestante, l'helicòpter té dos rotors horitzontals superposats en el mateix eix, però per a equilibrar moments en la direcció contrària (exemple: el model soviètic Kamov A-32). Els dos rotors horitzontals també poden estar en diferents eixos, un davant i un altre darrere, girant en sentit contrari. Es tracta d'helicòpters en forma de plàtan com l'helicòpter Vertol Chinook de Boeing. En tots dos casos, el moment d'un rotor és equilibrat per l'altre i la cabina i el fuselatge es mantenen estables.

El segon sistema és el rotor de cua. És sens dubte el més utilitzat i consisteix bàsicament a col·locar un rotor menor vertical en la cua per a equilibrar el gran rotor horitzontal central. La inclinació dels braços del rotor pot variar per pedals de cabina. No obstant això, aquest rotor de cua sempre ha generat inquietuds en fabricants i pilots, entre altres problemes de seguretat.

En la dècada dels 70, la casa Aerospatiale francesa va dissenyar i va fabricar un rotor especial en la cua: un rotor crestallera anomenada fenestron. El rotor estava protegit pel fuselatge i era millor aerodinàmica, però la cua era més pesada. El problema del pes s'ha atenuat en part gràcies a la recent aparició de materials composites. Tant si el rotor de la cua com si pertany al sistema fenestron, conduir helicòpters convencionals és una tasca complicada. A més, fins a la cua cal transmetre el moviment i les peces de transmissió que hi ha en la biga de l'helicòpter sempre han estat delicades i han de mantenir-se molt bé.

En el sistema NOTAR de McDonnell (abreviatura de No Tail Rotor o sense rotor de cua), per a equilibrar el moment de torsió s'aprofita en gran manera el corrent d'aire del rotor principal. El corrent d'aire descendent colpeja la biga fins a la cua, on es produeix una reacció adversa al moment. Les bigues es comporten com el vol-sud vertical.

Una altra part de la força necessària per a equilibrar el moment s'obté amb el corrent emès pel ventilador accionat pel motor. La biga fins a Isatse presenta en l'extrem amb finestres regulables a banda i banda i la reacció a la sortida de l'aire dóna la part que falta per a equilibrar el moment.

L'helicòpter genera un moment de torsió que fa girar la cabina i el fuselatge en sentit contrari gràcies al gir del rotor principal. En els helicòpters convencionals es col·loca un altre rotor en la cua per a compensar el moment (3. irud. ). La reacció del corrent d'aire en la cua provoca el moment contrari i compensa gairebé tot el moment del rotor principal. La resta es compensa amb una lleugera inclinació del rotor principal. No obstant això
, el rotor de la cua serveix també per a orientar l'helicòpter. En augmentar la inclinació dels braços, la força de reacció és major que per a compensar el moment i l'aparell pivota cap a l'esquerra. Per tant, l'helicòpter va a la dreta. Si la inclinació dels braços disminueix, l'helicòpter es desplaça cap a l'esquerra.
En els helicòpters NOTAR, un ventilador connectat al motor envia un corrent d'aire a la biga cabal (Figura 1). Part d'aquest corrent d'aire s'escapa per sengles finestres situades en el centre de la biga, baix i a la dreta (Figures 1 i 2). Aquest aire desvia asimètricament el corrent generat pel rotor principal (degut a aquest efecte Coanda) i compensa el 65% del parell de torsió. L'altre
tram del corrent d'aire a l'interior de la biga continua fins al seu extrem. En l'extrem s'obren diverses finestres regulables i el pilot les controla al seu gust. Controla, per tant, la direcció i intensitat de la força B. Per a mantenir
l'helicòpter immòbil en l'aire, les finestres extremes dret romanen obertes (figura 4) de manera que les forces A i B compensen el moment de torsió.
Si es vol girar l'helicòpter a l'esquerra, la cua es pivota a la dreta amb les finestres de l'esquerra extrema (Figura 5). Si es vol tornar a girar a l'esquerra, cal girar la cua cap a l'esquerra i per a això s'obren les finestres de la dreta (Figura 6).

Un altre dels principals maldecaps que sofreixen els helicòpters és la interacció dels comandaments. Quan s'acciona una palanca es realitza una acció en l'helicòpter, però afecta a totes les accions vigents i per això cal compensar a les altres. No obstant això, la compensació també afecta a altres accions, que també cal compensar, etc.

Per exemple, en l'helicòpter típic, pensem que el pilot té l'aparell parat en l'aire i vol avançar recte. El pilot actua sobre la tensió de la palanca i el rotor principal s'inclina cap endavant. D'aquesta forma es crea una força horitzontal i s'impulsa l'helicòpter cap endavant. Però quan l'helicòpter s'ha inclinat, la força vertical que exerceix el rotor cap amunt és menor per a mantenir l'aparell en l'aire i començaria cap avall.

Per a evitar aquest problema, el pilot augmenta l'angle d'inclinació (angle d'atac) dels braços del rotor tirant amb cura a una altra palanca. Amb els braços del rotor més inclinats és necessari enviar més combustible al motor per a mantenir la velocitat de gir del rotor. No obstant això, en augmentar la potència del motor, el parell de torsió de l'aparell també és major i la inclinació dels braços del rotor de la cua també ha de modificar-se per a equilibrar-lo.

Segons els pilots que han utilitzat helicòpters NOTAR per a proves, les interaccions dinàmiques i aerodinàmiques amb els diferents eixos de l'aparell són molt menors. Per tant, quan s'acciona un comandament, el pilot ha d'utilitzar molt menys les altres palanques per a compensar les interaccions. És una palanca que no governa el rotor de la cua ni les finestres que condueixen el corrent d'aire.

Les proves també s'han realitzat en grans ratxes laterals de vent. En aquestes condicions és molt difícil mantenir la direcció en els helicòpters habituals, però els pilots de NOTAR afirmen que amb el nou sistema els treballs baixen a un quart en aquests difícils casos. A més, es pot enlairar l'helicòpter del sòl, mantenir-lo en repòs fora de l'acció del sòl i tornar-lo a aterrar lentament sense tocar altres palanques.

En l'helicòpter habitual que avança recte, el pilot ha d'aconseguir que la potència del rotor de la cua arribi fins al punt de mantenir la direcció, però en l'helicòpter NOTAR és molt més fàcil.

Quan l'estrenyi ha de girar ràpidament en l'helicòpter, la cua té grans oscil·lacions en bapate i el pilot no pot dominar més de 60° de gir per segon. Ha d'actuar sobre moltes palanques per a compensar les interaccions en molt poc temps. En el nou sistema, no obstant això, els pilots han obtingut fàcilment girs de 100° per segon.

També cal tenir en compte els problemes que genera el vent lateral. En helicòpters convencionals no s'admeten ratxes de vent laterals més ràpides que 20 nusos (per exemple en helicòpter estàndard OH-6A), però en helicòpters NOTAR s'admeten ratxes de fins a 40. En l'helicòpter militar s'admeten vents laterals majors mitjançant la col·locació d'un major rotor en la cua, la qual cosa origina altres maldecaps en pes i posició, i el pilot ha d'utilitzar més les palanques. Se'ls limita la velocitat de maniobra, que és el que necessiten els helicòpters militars.

Els aparells NOTAR permeten maniobres més ràpides i tenen capacitat d'acrobàcia. També poden anar cap endarrere i, encara que sembli sorprenent, també de potes enlaire!

Segons els militars, el nou helicòpter de McDonnell-Douglas és molt més segur per a la guerra. El trencament del rotor en la cua per projecció és molt senzilla, per la qual cosa l'aparell cau necessàriament amb el seu pilot. No obstant això, en el nou sistema, fins i tot fent un forat de la grandària de la pilota de tennis en la biga de la cua, l'aparell no cauria.

El primer aparell del sistema NOTAR ha estat el model denominat MD 530 N i està equipat amb la turbina Allison 250-C30. Des de llavors s'ha desenvolupat també el model MD 520 N mitjançant la instal·lació de la turbina 259-C20R-2 en Allison. En cabina i forma són similars als de la sèrie d'helicòpters MD 500.